Termoskop

Termoskop ili Galilejev termometar je instrument za mjerenje temperature u obliku zatvorenog staklenog cilindra ispunjenog providnom tečnošću u koju su uronjeni tegovi različite prosječne gustine. Tegovi se obično prave kao šuplje staklene kugle, djelimično ispunjene tečnostima raznih boja. Gustina providne tečnosti zavisi od temperature, pa tegovi čija je gustina veća tonu na dno, a drugi plivaju ka vrhu.

Temperatura se određuje prema boji najnižeg utega koji ne tone ili lebdi ispod vrha, a novije verzije obično imaju na tegovima obješene pločice sa iznosima temperatura na nekoj od uobičajenih skala (npr. u Celzijusovim stepenima). Za ispravan rad, tolerancija mase utega mora biti bolja od jednog mikrograma.

Funkcionisanje

Termoskop radi na principu Arhimedovog zakona, koji određuje da li će predmet plutati ili tonuti u određenoj tečnosti. Jedini faktor koji ovo određuje je gustina tečnosti u koju je predmet uronjen. Ukoliko je masa predmeta veća od mase tečnosti čije je mjesto predmet zauzeo, predmet će tonuti. Ako je masa predmeta manja od mase te tečnosti, objekat će plutati.

Pretpostavimo da imamo dva predmeta, različite gustine, od kojih je svaki dimenzija 10h10 centimetara (jedan decimetar kubni, odnosno jedan litar) i da smo izabrali vodu kao tečnost u posudi. Masa vode koju bi svaki od ovih predmeta istisnuo svojom zapreminom je tačno 1 kilogram. Smeđi predmet na lijevoj strani slike 1 pluta, jer je masa vode koju bi istisnuo, kad bi bio potpuno uronjen, veća od mase predmeta. On pluta uronjen do pola, jer je ovo nivo na kojem je masa istisnute vode jednaka masi predmeta. Zeleni predmet na slici je potonuo, jer je masa vode koju on svojom zapreminom zamijeni (1 kg) manja od mase predmeta (2 kg).

Neće svi predmeti načinjeni od zelenog materijala na slici 1 tonuti u vodi. Na slici 2 vidimo predmet od iste materije, ali takav da je iznutra šupalj. Ukupna masa ovog predmeta je pola kilograma, premda je zapremina ista, tako da pluta uronjen do pola, kao smeđi predmet na slici 1.

U ovim primjerima, tečnost o kojoj se govori je voda. Voda ima gustinu od 1 kg/l, što znači da će masa vode, koju istisne bilo koji predmet koji potone, biti tačno jedan kilogram.

Galileo Galilej je otkrio da gustina neke tečnosti zavisi od njene temperature. Termoskop je zasnovan na ovoj teoriji. Voda postiže najveću gustinu na temperaturi od 4 °C, a kako temperatura raste ili opada, gustina tečnosti se smanjuje.

Galileov termometar izbliza

Na slici 3 se vidi predmet načinjen od zelenog materijala, težak 1 kilogram. U lijevom sudu, gustina tečnosti je 1,001 kg/l. Pošto je masa predmeta manja, on pluta. U desnom sudu, gustina tečnosti je 0,999 kg/l. Pošto je predmet teži, on tone. Na ovom primjeru vidimo da veoma male razlike u masi mogu učiniti da predmet pluta ili potone.

Kod Galileovog termometra, male staklene kugle su popunjene različitim (obojenim) tečnostima. Kad se proizvede jedna takva staklena kugla, ona se označi svojom efektivnom gustinom. Iako se gustina ovakvog predmeta pod uticajem različitih temperatura takođe mijenja, uticaj te promjene je zanemarljiv. Tečnost u koju su uronjeni, međutim, bira se tako da reaguje na temperaturu i više nego voda (obično neki inertni ugljovodonik). Na taj način, čak i male promjene u temperaturi (dakle i u gustini tečnosti) će uticati da neki od staklenih predmeta tonu, a neki plutaju.

Na slici 4 vidi se termoskop na dvijema različitim temperaturama (temperaturna skala na slici izražena je u Farenhajtima). Ako su neke kugle potonule na dno, neke izronile na vrh, a neka ostala da pluta u međuprostoru, onda se temperatura očitava sa oznake na kugli koja pluta u sredini, tj. ove posljednje (na slici 4 temperatura je 76 stepeni). Ako su sve ili potonule na dno, ili se održale na površini, onda se približna temperatura može izračunati tako što se uzme broj sa najviše od kugli koje su potonule, sabere sa brojem na najnižoj od kugli koje su isplivale, te podijeli sa dva (${\frac {68+72}{2}}$ na slici 4).

Kugle i težine bi trebalo da se izaberu tako da se ne zaglave jedna s drugom, tako što će biti ili većeg prečnika nego poluprečnik posude, da bi se održao njihov raspored po vertikali, ili mnogo manjeg prečnika, tako da mogu slobodno plutati na sve strane.

Vidi još

• Termometar

Spoljašnje veze

• Kako očitavati temperaturu sa Galileovog termometra (jezik: engleski)
• Kako funkcioniše Galileov termometar? (jezik: engleski)